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當“漏損管控”遇上“智慧供水”
2019-07-01 14:30:47    瀏覽次數:
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前言
        作為生命的源泉,是人類生產生活不可獲取的資源。我國水資源嚴重匱乏,整體來看,我國水資源總量常年值27711億立方米,各年的數據隨降雨量的變化而變化,但是整體保持穩定。占全球水資源的6%,僅次于巴西、俄羅斯和加拿大,居世界第四位,但從人均角度看,我國的人均水資源量為2055立方米,只有全球平均水平的25%,位于全球第109位,是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。 
        分省來看,在我國34個省當中,有21個省處于缺水狀態。其中處于輕度缺水(人均水資源3000立方米以下)的4個,中度缺水(人均水資源2000立方米以下)的8個,極度缺水(人均水資源500立方米以下)的9個。并且通過比較具體省份發現,處于極度缺水的9個省份,大多為經濟較為發達,水資源總量尚算豐富的地區,而不是西北、東北等水資源總量較少地區。 
        漏損指標居高不下:全國654個城市平均管網漏損率超過15%,最高達到50%以上,尤其農村愈發嚴重,總體距離當前國家基本漏損考核指標12%及發達國家6-8%還有較大的差距。 
        2015年國務院頒布的《水污染防治行動計劃》(簡稱“水十條”)提出,到 2020 年,全國公共供水管網漏損率控制在10%以內。《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》明確,要選擇100個城市開展供水管網分區計量管理試點。 
        大量文獻資料及國外發達國家、地區供水企業的管理經驗證明,對供水管網進行DMA劃分、優化管網布局、實施基于DMA+的管網管理是提升管網管理水平、進行管網漏失主動控制的根本、有效措施。

 什么是DMA
        供水管網分區計量(Districted Measuring Area,DMA)是控制城市供水系統水量漏失的有效方法之一,其概念是在1980年初由英國水工業協會提出。 
        DMA定義:供配水系統中一個被切割分離的相對獨立區域,常采取關閉閥門或安裝流量計,形成虛擬或實際獨立區域。通過對進入或流出這一區域的水量進行計量,并對流量分析來定量泄漏水平,從而使檢漏工作人員更準確的決定在何時何處開展檢漏更為有利,并進行主動漏損控制。 
        一般來說,供水分區的劃分有兩種辦法:一是以各行政區劃為界進行分區;二是以自然條件(主要街道、河流、古城墻、山體、鐵路等)結合管網布局進行分區。 
        前者劃分方法簡單直接,通過在行政區劃線處管道上安裝流量計進行計量或關閉邊界閥門,即可實現分區計量。盡管這種方法比較簡單,但供水管網被硬性的劃分為幾個供水區域。由于沒有考慮供水系統是一個有機的整體,供水管網不是一片一片分區規劃和實施的,最終導致分區后區域內供水和計量較為復雜。需要安裝的流量計較多,投資較大。此外,由于行政區劃分也會隨著城市的發展而有一定的調整,這給計量管理又帶來了一定的麻煩。 
        后者劃分較為復雜,即通過對城市的主要街道、河流、古城墻、山體和鐵路走向進行分析,并結合供水管網的合理布局,對管網實施分區。這種方法分區可以打破行政區劃的界線,不僅保證了各分區的獨立性和穩定性,同時分區界線較為明顯,易于識別、便于分區管理和服務。通常來說,這種方法分區需要安裝的流量計數量較少,投資也較少。 
        DMA分區計量小區通常500~3000戶規模為限制,通過道路,地形,河流等自然地形自然分區或通過加裝閥門,計量儀表切割管網來形成一個相對獨立封閉的計量區域。 

物聯網+
        實現供水分區計量,基于物聯網技術的實時數據采集必不可少。目前,漏水管控中,常用的物聯設備是流量計,分為兩種:電磁流量計和超聲波流量計。
        (一)電磁流量計
         1、優點
        (1)電磁流量計可用來測量工業導電液體或漿液。
        (2)無壓力損失。
        (3)測量范圍大,電磁流量變送器的口徑從2.5mm到2.6m。
        (4)電磁流量計測量被測流體工作狀態下的體積流量,測量原理中不涉及流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響。
 
        2、缺點
        (1)電磁流量計的應用有一定局限性,它只能測量導電介質的液體流量,不能測量非導電介質的流量,例如氣體和水處理較好的供熱用水。另外在高溫條件下其襯里需考慮。 
        (2)電磁流量計是通過測量導電液體的速度確定工作狀態下的體積流量。按照計量要求,對于液態介質,應測量質量流量,測量介質流量應涉及到流體的密度,不同流體介質具有不同的密度,而且隨溫度變化。如果電磁流量計轉換器不考慮流體密度,僅給出常溫狀態下的體積流量是不合適的。 
        (3)電磁流量計的安裝與調試比其它流量計復雜,且要求更嚴格。變送器和轉換器必須配套使用,兩者之間不能用兩種不同型號的儀表配用。在安裝變送器時,從安裝地點的選擇到具體的安裝調試,必須嚴格按照產品說明書要求進行。安裝地點不能有振動,不能有強磁場。在安裝時必須使變送器和管道有良好的接觸及良好的接地。變送器的電位與被測流體等電位。在使用時,必須排盡測量管中存留的氣體,否則會造成較大的測量誤差。 
        (4)電磁流量計用來測量帶有污垢的粘性液體時,粘性物或沉淀物附著在測量管內壁或電極上,使變送器輸出電勢變化,帶來測量誤差,電極上污垢物達到一定厚度,可能導致儀表無法測量。 
        (5)供水管道結垢或磨損改變內徑尺寸,將影響原定的流量值,造成測量誤差。如100mm口徑儀表內徑變化1mm會帶來約2%附加誤差。 
        (6)變送器的測量信號為很小的毫伏級電勢信號,除流量信號外,還夾雜一些與流量無關的信號,如同相電壓、正交電壓及共模電壓等。為了準確測量流量,必須消除各種干擾信號,有效放大流量信號。應該提高流量轉換器的性能,最好采用微處理機型的轉換器,用它來控制勵磁電壓,按被測流體性質選擇勵磁方式和頻率,可以排除同相干擾和正交干擾。
 
        (二)超聲波流量計
 
        1、優點
        (1)超聲波流量計是一種非接觸式測量儀表,可用來測量不易接觸、不易觀察的流體流量和大管徑流量。它不會改變流體的流動狀態,不會產生壓力損失,且便于安裝。
        (2)可以測量強腐蝕性介質和非導電介質的流量。
        (3)超聲波流量計的測量范圍大,管徑范圍從20mm~5m。
        (4)超聲波流量計可以測量各種液體和污水流量。
        (5)超聲波流量計測量的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、粘度及密度等熱物性參數的影響。可以做成固定式和便攜式兩種形式。
 
        2、缺點
        (1)超聲波流量計的溫度測量范圍不高,一般只能測量溫度低于200℃的流體。
        (2)抗干擾能力差。易受氣泡、結垢、泵及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測量精度。
        (3)直管段要求嚴格,為前20D,后5D。否則離散性差,測量精度低。
        (4)安裝的不確定性,會給流量測量帶來較大誤差。
        (5)測量管道因結垢,會嚴重影響測量準確度,帶來顯著的測量誤差,甚至在嚴重時儀表無流量顯示。
        (6)可靠性、精度等級不高(一般為1.5~2.5級左右),重復性差。
        (7)使用壽命短(一般精度只能保證一年)。
        (8)超聲波流量計是通過測量流體速度來確定體積流量,對液體應該測量它的質量流量,儀表測量質量流量是通過體積流量乘以人為設定的密度后得到的,當流體溫度變化時,流體密度是變化的,人為設定密度值,不能保證質量流量的準確度。只能在測量流體速度的同時,又測量了流體密度,才能通過運算,得到真實質量流量值。 

智慧供水漏損管控系統
        供水管網物聯設備接入子系統
        物聯網的三大要素是感知、連接和應用,智慧城市建設需要大量的感知設備支撐,只有對設備和設備采集的數據進行有效管理,才能準確高效的進行信息交換和通訊,實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理服務。物聯網感知設備接入平臺就是實現對物聯設備的基礎信息維護、統一硬件管理、數據接入和協議解析轉換與提取等。
 
       供水管網運行監測子系統
        供水管網運行監測系統是總體解決方案的具體實現,它將城市供水管網生產監控、調度、數據分析模型和業務管理統一到一個綜合性的系統平臺,實現了供水全過程生產運行數據(水量、水壓、水質、水源、水庫、水廠、泵站、水池等)采集存儲、運行情況可視化展示、調度分析決策、業務過程管理、異常監測預警及運行能將分析和報表管理等內容,為全面提升調度管理水平,將以傳統經驗調度和數據調度為中心向以智能優化調度管理為中心的延伸、擴展,也是工作方式的根本性轉變和提升,是調度管理科學化、規范化、流程化、精細化、電子化、網絡化和動態化的重要方式。
 
 
 
        漏損評估與分析子系統
        城市供水管網漏損評估與分析系統通過GIS(地理信息系統)管理方式,對整個城市的供水管網進行區域化、網格化管理劃分,可根據管網的服務面積、管網長度,將供水區劃分為多個可計量區域(DMA)。并利用無線通信實時傳輸流量、壓力、水質等數據,從  而能夠及時、準確地掌握各計量區的管網運行情況,對各DMA區的漏損狀況進行統計分析與評估,最終可以較為直觀地反映該區域漏損情況,縮小漏損點定位查找區域,輔助漏損點定位;為優化供水調度管理提供了科學合理的依據。
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        系統功能
        l  供水漏失歷史一張圖
        通過依照中國水協制定現行的《城市供水管網漏損控制及評定標準》,結合企業內部儀表的計量數據、供水收費系統數據、歷史漏點等數據進行篩選、分析,并對此類數據不斷的更新、累計、重復分析,從而建立一套具有本企業特色的供水漏失標準參照體系,系統可以直觀的展現漏損歷史曲線,同時可以使用圖表凡是,展示各類影響漏損率的數據。 
        l  最小夜間流量分析
        夜間流量分析功能可自動計算夜間流量差值變化,并生成流量變化曲線,通過分析夜間流量變化曲線,可以判斷區域漏損情況;并可以設置報警限值并進行報警。
         l  水量平衡分析
        水量平衡分析是指通過對用水單元各水量參數的收集,通過水量平衡原理,分析評價該單元的用水合理性,并提供改進用水方式的建議措施,提高用水合理性,降低用水量。
        水平衡分析通常采用IWA(國際水協)提供的表格填充數據,具體填充內容如下:
        l  漏損評估分析
        根據DMA分區內監測系統數據及監測規則,系統能夠分析出發生漏損的區域,并開始記錄漏損時長,生成漏損記錄,為管理者提供漏損等級的分析結果,使管理者能夠根據漏損情況制定相應的漏水檢測計劃。 
        l  產銷差分析管理
        以現行標準中的水量平衡表作為基礎模板,通過對接入的收費系統數據、漏失水量、計量損失水量等進行計算分析,并通過與歷史數據對比,從數據層面尋找出影響產銷差的因素,以便針對性的進行漏損控制。 

應用價值
        DMA(分區計量)作為偵測、發現和量化管網泄漏的一種方法和手段,其對降低管網漏損有顯著的作用。  
        (一) 指標下沉,便于落實
         通過DMA區域的建立,供水企業可以將整個供水區域劃分為相對獨立的若干個封閉區域,設置不同層級分公司、分營業所、分站點,指標層層落實到位。 
         (二) 精細考核,科學獎懲
         通過對DMA區域流量的精確計量,可以將產銷差或漏失率、漏水量等指標與職工的實際收入進行掛鉤,讓員工從產銷差管理中切實得到好處,實現真正的雙贏
         (三) 查違檢漏,有的放矢
         通過DMA區域建立,可以初步排除那些產銷差指標較好的地區,而將有限的資源投入到更小的供水范圍中,提高查違檢漏的效率。
         (四) 提供依據,優化改造
        通過DMA區域的流量計量,我們可以得出區域管道是否存在漏損率較高、輸送能力下降,以及區域用戶需水量的供應不足等分析結果。這些結果對管網改造而言,是一種科學、客觀的評價依據。
        (五) 壓力管理,安全運行
         隨著管網漏失率的下降,若用戶的需水量維持不變,DMA區域的凈流入水量將會減少,其所需要的服務壓力也會有所降低。供水企業由此可以適當地調整DMA區域內的服務壓力,穩定系統壓力,提升管網運行的安全性。劉昭
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